Sementti ( latinaksi caementum - "murskattu kivi, murskattu kivi") on keinotekoinen epäorgaaninen hydraulinen sideaine . Yksi tärkeimmistä rakennusmateriaaleista . Vuorovaikutuksessa veden , suolojen vesiliuosten ja muiden nesteiden kanssa se muodostaa plastisen massan, joka sitten kovettuu ja muuttuu kivimäiseksi kappaleeksi. Käytetään pääasiassa betonin ja laastin valmistukseen . Sementti on hydraulinen sideaine ja sillä on kyky saada lujuutta märissä olosuhteissa, mikä eroaa olennaisesti joistakin muista mineraalisideaineista - ( ilmakalkki ), jotka kovettuvat vain ilmassa.
Sementin luokka - ehdollinen arvo, mikä tarkoittaa, että puristuslujuus ei ole pienempi kuin ilmoitettu luokka (200, 300, 400, 500, 600)
Laastisementti on vähän klinkkeriä sisältävä komposiittisementti , joka on tarkoitettu muuraus- ja rappauslaasteihin . Valmistettu portlandsementtiklinkkerin, aktiivisten mineraalilisäaineiden ja täyteaineiden saumahiomalla
Roomalaiset sekoittivat tiettyjä materiaaleja kalkkiin antaakseen sille hydraulisia ominaisuuksia. Nämä olivat:
Eroista huolimatta kaikki nämä materiaalit sisältävät koostumuksessaan oksideja : piidioksidi SiO 2 ( kvartsi tai piihappo), alumiinioksidi Al 2 O 3 ( alumiinioksidi ), rautaoksidi Fe 2 O 3 - ja aiheuttavat kalkin vuorovaikutuksen niiden kanssa ; tässä tapauksessa lisätään vettä ( hydratointi ), jolloin muodostuu ensinnäkin yhdisteitä piidioksidin kanssa. Tämän seurauksena liukenemattomat kalsiumhydrosilikaatit kiteytyvät . Keskiajalla havaittiin vahingossa, että saven saastuttamien kalkkikivien polttotuotteet eivät olleet huonompia kuin roomalaiset putsolaaniseokset vedenkestävyyden suhteen, ja jopa ylittivät ne.
Tätä seurasi vuosisadan intensiivinen kokeilu. Samanaikaisesti päähuomio kiinnitettiin erityisten kalkkikiven ja saviesiintymien kehittämiseen, näiden komponenttien optimaaliseen suhteeseen ja uusien lisäämiseen. Vasta vuoden 1844 jälkeen he tulivat siihen tulokseen, että raakaseoksen komponenttien tarkan suhteen lisäksi tarvitaan ennen kaikkea korkea polttolämpötila (noin +1450 °C, 1700 K) vahvan sidoksen saavuttamiseksi kalkkia ja oksideja. Nämä kolme oksidia määrittävät hydrauliset ominaisuudet kalkin kanssa sintrauksen jälkeen; niitä kutsutaan oksideiksi, jotka määräävät hydrauliikan (hydraulisuustekijät).
Portlandsementtiä saadaan kuumentamalla kalkkikiveä ja savea tai muita vastaavia bruttokoostumukseltaan ja riittävän aktiivisia materiaaleja +1450 ... +1480 °C lämpötilaan. Tapahtuu osittainen sulaminen ja muodostuu klinkkerirakeita . Sementin saamiseksi klinkkeri jauhetaan yhteen noin 5 %:n kipsikiven kanssa. Kipsikivi säätelee asetusnopeutta; se voidaan osittain korvata muilla kalsiumsulfaatin muodoilla. Jotkut tekniset tiedot sallivat muiden materiaalien lisäämisen hiottaessa. Tyypillisessä klinkkerissä on noin 67 % CaO, 22 % SiO 2 , 5 % Al 2 O 3 , 3 % Fe 2 O 3 , 3 % muita komponentteja ja se sisältää yleensä neljä pääfaasia, joita kutsutaan aliittiksi , beliitiksi , aluminaattifaasiksi ja alumiinioksi . -ferriittifaasi . Klinkkerissä on yleensä pieniä määriä useita muita faaseja, kuten alkalisulfaatteja ja kalsiumoksidia.
Alite on kaikkien tavanomaisten sementtiklinkkereiden tärkein ainesosa; sen pitoisuus on 50-70 %. Tämä on trikalsiumsilikaattia, Ca 3 SiO 5 , jonka koostumusta ja rakennetta muutetaan vieraiden ionien, erityisesti Mg 2+ :n , Al 3+ :n ja Fe 3+ :n, sijoittaminen hilaan . Alite reagoi suhteellisen nopeasti veden kanssa ja sen kaikkien faasien normaaleissa sementeissä on tärkein rooli lujuuden kehittymisessä; 28 päivän vahvuuden kannalta tämän vaiheen panos on erityisen tärkeä.
Normaalien sementtiklinkkereiden beliitin pitoisuus on 15-30 %. Se on Ca 2SiO 4 -dikalsiumsilikaattia , joka on modifioitu viemällä rakenteeseen vieraita ioneja ja joka on yleensä kokonaan tai enimmäkseen läsnä β-modifioinnin muodossa. Belite reagoi hitaasti veden kanssa, joten sillä ei ole juurikaan vaikutusta lujuuteen ensimmäisten 28 päivän aikana, mutta lisää voimaa merkittävästi myöhemmillä jaksoilla. Vuoden kuluttua puhtaan aliitin ja puhtaan beliitin vahvuudet vertailukelpoisissa olosuhteissa ovat suunnilleen samat.
Aluminaattifaasin pitoisuus on useimmissa normaaleissa sementtiklinkkereissa 5-10 %. Tämä on trikalsiumaluminaattia lyhennettynä 3СaAS (koostumus - 3CaO*Al 2 O 3 *SiO 2 ), jonka koostumus ja joskus rakenne on muuttunut merkittävästi vieraiden ionien, erityisesti Si 4+ , Fe 3+ , Na + ja K + takia. . Aluminaattifaasi reagoi nopeasti veden kanssa ja voi aiheuttaa ei-toivotun nopean kovettumisen, ellei kovettumista säätelevää ainetta, tyypillisesti kipsiä, lisätä.
Ferriittifaasi on 5-15 % tavanomaisesta sementtiklinkkeristä. Tämä on tetrakalsium-aluminoferriittiä, lyh. 4СaAFS (4CaO*Al 2 O 3 *Fe 2 O 3 *SiO 2 ), jonka koostumus muuttuu merkittävästi Al/Fe-suhteen muutoksen ja vieraiden ionien sijoittamisen myötä rakenteeseen. Ferriittisen faasin reagointinopeus veden kanssa voi vaihdella jonkin verran koostumuksen tai muiden ominaisuuksien eroista johtuen, mutta se on yleensä korkea varhaisessa vaiheessa ja aliitin ja beliitin välissä myöhemmässä elämässä.
Erinomaista kemistiä A. R. Shulyachenkoa pidetään Venäjän sementtiteollisuuden isänä. Antonov-kuilu-uunia on käytetty laajasti poltto- ja klinkkerituotantoon. Yu. M. Butt, S. M. Royak, I. F. Ponomarev , N. A. Toropov ja muut ovat tehneet paljon työtä sementtiteknologian ja hydraulisten sideaineiden kovettumisen parissa.
Päämineraalin läsnäolon mukaan sementit jaetaan [1] :
Tunnetaan myös biosementti , joka eroaa tavallisesta sementistä siinä, että se on valmistettu bioteknologialla .
Suurimmassa osassa tapauksista sementillä tarkoitetaan portlandsementtiä ja portlandsementtiklinkkeriin perustuvia sementtejä. 1900-luvun lopussa sementtilajikkeita oli noin 30 [1] .
Lujuuden suhteen sementti jaetaan luokkiin, jotka määräytyvät pääasiassa 40 × 40 × 160 mm:n kokoisten prismanäytteiden puolikkaiden puristuslujuuden perusteella, jotka on valmistettu sementin ja kvartsihiekan liuoksesta suhteessa 1:3. Arvosanat ilmaistaan numeroina M200 - M600 (yleensä 100 tai 50 askelin), jotka osoittavat vastaavasti puristuslujuutta 100-600 kg / cm² (10-60 MPa). Sementtiä, jonka laatu on 600, kutsutaan "sotilaaksi" tai "linnoitukseksi" sen lujuuden vuoksi ja se maksaa huomattavasti enemmän kuin luokka 500. Sitä käytetään sotilastilojen, kuten bunkkereiden, ohjussiilojen ja niin edelleen rakentamiseen.
Tällä hetkellä sementti on jaettu lujuusluokkiin. Suurin ero luokkien ja arvosanojen välillä on, että lujuutta ei johdeta keskiarvona, vaan se vaatii vähintään 95 %:n turvallisuuden (eli 95 näytettä 100:sta on vastattava ilmoitettua luokkaa). Luokka ilmaistaan numeroilla 30-60, jotka osoittavat puristuslujuuden (MPa).
Sementtiä saadaan hienoksi jauhamalla klinkkeriä ja kipsiä . Klinkkeri on homogeenisen raakaseoksen, joka koostuu tietyn koostumuksen omaavasta kalkkikivestä ja savesta , poltto- ja sintraustuote, joka varmistaa kalsiumsilikaattien hallitsevuuden.
Klinkkeriä hiottaessa lisätään lisäaineita: CaSO 4 2H 2 O kipsi kovettumisajan säätelyyn, jopa 15 % aktiivisia mineraalilisäaineita (pyriittimurska, savupöly, bauksiitit, hiekka) joidenkin ominaisuuksien parantamiseksi ja sementin kustannusten alentamiseksi.
Raakaseoksen paahtaminen suoritetaan lämpötilassa +1450 ... +1480 °C 2-4 tunnin ajan pitkissä kiertouuneissa (3,6 × 127 m, 4 × 150 m ja 4,5 × 170 m), joissa on sisäiset lämmönvaihtimet. yksinkertaistaa sementtiklinkkerin olennaisten mineraalien synteesiä. Poltetussa materiaalissa tapahtuu monimutkaisia fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja. Pyörivä uuni voidaan jakaa ehdollisesti vyöhykkeisiin:
Vuonna 2010 maailman sementtituotanto oli 3,325 miljardia tonnia. Kolme suurinta tuottajaa ovat Kiina (1,8 miljardia tonnia), Intia (220 miljoonaa tonnia) ja Yhdysvallat (63,5 miljoonaa tonnia). Rosstatin mukaan portlandsementin, alumiinisementin, kuonasementin ja vastaavien hydraulisten sementtien tuotanto Venäjällä vuonna 2012 oli 61,5 miljoonaa tonnia.
Maailman suurimmat sementintuottajat vuonna 2011 [2] :
Kymmenen suurinta sementin tuottajaa Venäjällä vuonna 2013 (volyymi miljoonia tonneja / markkinaosuus %) [4] :
Laitosten suunnittelukapasiteetti vuoden 2014 tulosten perusteella (miljoonaa tonnia vuodessa):
Joulukuussa 2014 Mordovcement-yritykset siirtyivät Eurocement Groupin hallintaan [5] .
Vuonna 2019 [6] maailmanlaajuiseksi sementin liikevaihdoksi arvioitiin 12,1 miljardia dollaria. Suurimmat viejät olivat: Vietnam (1,39 miljardia dollaria), Turkki (993 miljoonaa dollaria), Thaimaa (704 miljoonaa dollaria), Saksa (558 miljoonaa dollaria) ja Kanada (534 miljoonaa dollaria). . Suurimmat maahantuojat ovat Yhdysvallat (1,27 miljardia dollaria), Kiina (918 miljoonaa dollaria), Bangladesh (641 miljoonaa dollaria), Filippiinit (512 miljoonaa dollaria), Ranska (480 miljoonaa dollaria). Venäjän osuus maailman sementin viennistä oli 0,55 % (n. $ 67 milj.), tuonnissa - 0,67 % (n. $ 82 milj.).
| Rakennusmateriaalit | |
|---|---|
| Rakenteellinen | |
| Kattotyöt | |
| Viimeistely | |
| Paikkamerkit | |
| Supistavat aineet | |